微波辅助法合成聚己内酯/氮化硼复合材料及性能研究

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聚己内酯(PCL)具有优异的电绝缘性和生物相容性,可作为理想的生物基电子封装材料,但低熔点、低热导率等缺点限制了PCL的应用范围。本文选用高强度、高导热且电绝缘的无机材料六方氮化硼(h BN)作为增强填料,通过对其表面改性、冰模板法构建三维取向结构,在微波辅助下本体聚合制备得到高导热的PCL/BN复合材料,并进行形貌、结构以及系列性能表征,主要内容如下:(1)选用水热法对h BN进行表面改性制备羟基化BN(m BN),通过微波辅助合成不同m BN含量的PCL/m BN复合材料,并对其进行结构、形貌和性能分析。结果表明,表面改性可有效增强h BN与PCL基体之间的界面相容性,提高复合材料的导热性能和力学强度。当m BN填充量为5 wt%时,PCL/m BN的热导率为0.55 W m-1K-1,是纯PCL(0.2 W m-1K-1)热导率的2.75倍,其拉伸强度和弹性模量分别达到30.9 MPa和258.6 MPa,是纯PCL的1.58和2.05倍。(2)采用冰模板法制备取向结构的3D-BN支架,通过真空浸渍和微波辅助制备得到PCL/3D-BN复合材料,并对其进行形貌、结构和导热性能分析。结果表明:冰模板法可有效促进h BN纳米片沿z方向和x方向取向分布。PCL/3D-BN复合材料的导热性能随h BN含量的增加先上升后降低。当体系中h BN体积分数为13.41%时,复合材料热导率kz和kx达到最大值,分别为1.42和1.01 W m-1K-1,是纯PCL热导率的7.10和5.05倍。多取向导热模型分析表明,当复合材料体系中h BN体积分数高于13.41%时,基体中随机取向的h BNs体积分数增加,因而复合材料导热性能下降。(3)采用冰模板法和高温碳化相结合制备碳掺杂的取向3D-C-BN支架,通过真空浸渍和微波辅助合成PCL/3D-C-BN复合材料,并对其进行形貌、结构及导热性能分析。结果表明:壳聚糖经烧结碳化后不仅可以作为碳骨架支撑材料,保持BN的三维结构,还可以与h BN协同提高复合材料热导率。当h BN含量为17.69 wt%时,PCL/3D-C-BN的热导率为1.73 W m-1K-1,较之PCL/3D-BN复合材料最高热导率值(1.42W m-1K-1,23.73 wt%)提高了1.22倍。
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